TY - THES A1 - Kwarteng, Ferdinand Prempeh T1 - Security requirements and mechanisms for real-time serverless computing : a focus on Function-as-a-Service (FaaS) T1 - Sicherheitsanforderungen und -mechanismen für Echtzeit-Serverless-Computing : ein Schwerpunkt auf Function-as-a-Service (FaaS) N2 - Serverless computing, particularly its Function-as-a-Service (FaaS) offering, has emerged as a prominent cloud computing model empowering developers to craft event-driven applications by deploying custom application logic in an ephemeral runtime environment. This model abstracts away the underlying infrastructure complexities and management overhead, offering key benefits such as Pay-As-You-Go (PAYG) billing and automated scalability. Although Real-Time (RT) extensions to FaaS (RT-FaaS) have been proposed for realizing the functional requirements of industrial automation virtualization use cases, these architectures introduce distinct security challenges that generic security mechanisms cannot fully address. As a result, RT-FaaS platforms remain vulnerable to both internal and external threats and a variety of exploitation vectors that can compromise the Confidentiality, Integrity and Availability (CIA) security properties of such a platform. The aim of this thesis is to assess the core security requirements of a RT-FaaS platform by evaluating potential vulnerabilities and risks within this environment. We further propose specifically tailored mitigation mechanisms based on the extended Berkeley Packet Filter (eBPF) and cryptographic digital signatures for a RT-FaaS platform with a WebAssembly (WASM) runtime to enhance its resilience without imposing prohibitive performance overheads. Key areas of focus for this work include RT-FaaS runtime isolation, continuous security enforcement and data protection. We evaluated the proposed security mitigation mechanisms on the platform accounting for both effectiveness and performance. By doing so, we discuss the trade-offs between the stringent security requirements and maintaining predictable, low-latency execution essential for industrial automation use cases. While we observed some considerable jitter and latency overheads on the secure RT-FaaS platform, these did not significantly impact the functional performance of the platform. Hence adopting serverless computing for RT industrial automation use cases is feasible while ensuring robust function, system and network security. N2 - Serverless Computing, insbesondere das Function-as-a-Service (FaaS)-Angebot, hat sich zu einem führenden Cloud-Computing-Modell entwickelt, das Entwicklern die Möglichkeit gibt, ereignisgesteuerte Anwendungen zu erstellen, indem sie benutzerdefinierte Anwendungslogik in einer kurzlebigen Laufzeitumgebung bereitstellen. Dieses Modell abstrahiert die Komplexität der zugrunde liegenden Infrastruktur und den Verwaltungsaufwand und bietet wichtige Vorteile wie Pay-As-You-Go (PAYG)-Abrechnung und automatisierte Skalierbarkeit. Obwohl Echtzeit-Erweiterungen (RT) für FaaS (RT-FaaS) vorgeschlagen wurden, um die funktionalen Anforderungen von Anwendungsfällen der industriellen Automatisierungsvirtualisierung zu realisieren, bringen diese Architekturen besondere Sicherheitsherausforderungen mit sich, die mit generischen Sicherheitsmechanismen nicht vollständig bewältigt werden können. Infolgedessen bleiben RT-FaaS-Plattformen anfällig für interne und externe Bedrohungen sowie für eine Vielzahl von Angriffsvektoren, die die Sicherheitsmerkmale einer solchen Plattform in Bezug auf Vertraulichkeit, Integrität und Verfügbarkeit (CIA) gefährden können. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die zentralen Sicherheitsanforderungen einer RT-FaaS-Plattform zu bewerten, indem potenzielle Schwachstellen und Risiken innerhalb dieser Umgebung evaluiert werden. Darüber hinaus schlagen wir speziell zugeschnittene Schutzmechanismen vor, die auf dem erweiterten Berkeley Packet Filter (eBPF) und kryptografischen digitalen Signaturen für eine RT-FaaS-Plattform mit einer WebAssembly (WASM)-Laufzeitumgebung basieren, um deren Widerstandsfähigkeit zu verbessern, ohne dabei eine unzumutbare Leistungsbelastung zu verursachen. Zu den Schwerpunkten dieser Arbeit gehören die Isolierung der RT-FaaS-Laufzeitumgebung, die kontinuierliche Durchsetzung von Sicherheitsmaßnahmen und der Datenschutz. Wir haben die vorgeschlagenen Sicherheitsmechanismen auf der Plattform unter Berücksichtigung ihrer Wirksamkeit und Leistung bewertet. Dabei diskutieren wir die Kompromisse zwischen den strengen Sicherheitsanforderungen und der Aufrechterhaltung einer vorhersehbaren Ausführung mit geringer Latenz, die für Anwendungsfälle in der industriellen Automatisierung unerlässlich ist. Zwar haben wir auf der sicheren RT-FaaS-Plattform einen erheblichen Jitter und Latenz-Overhead festgestellt, dieser hatte jedoch keine wesentlichen Auswirkungen auf die funktionale Leistung der Plattform. Daher ist der Einsatz von Serverless Computing für industrielle Automatisierungsanwendungen mit Echtzeitanforderungen möglich, während gleichzeitig eine robuste Funktions-, System- und Netzwerksicherheit gewährleistet ist. KW - Serverless computing KW - Real-time Function-as-a-Service KW - Industrial automation KW - Security mechanisms KW - WebAssembly runtime KW - Serverloses Computing KW - Echtzeit-Funktion-als-Dienstleistung KW - Industrielle Automatisierung KW - Sicherheitsmechanismen KW - WebAssembly-Laufzeitumgebung KW - Serverless Computing KW - Function as a Service KW - Sicherheit KW - Datenschutz Y1 - 2025 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-71645 ER -